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• Eder Aleixo Lamadrid Herrera

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Procesos de Manufactura, 28 de septiembre de 2013

“Parametrizacion de soldadura e influencia en la soldabilidad bajo los procesos: SMAW, GMAW, FCAW, GTAW” 1

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SORZANO JIMENEZ FRANCISCO JOSE , PERALTA HERNANDEZ EDWIN ENRIQUE , OCHOA 1 1 1. OSSA SEBASTIAN , MARUN ROCA JOSE , BALDOVINO LOZANO OSCAR 1: Estudiante de Ingeniería Mecánica, de la Universidad Del Atlántico.

RESUMEN La soldadura es un proceso de manufactura que cuenta con muchas aplicaciones, pues en muchos procesos de producción se utiliza la soldadura partiendo de la unión de placas, láminas de metal y piezas maquinadas para unir y producir formas más complejas o estructuras más grandes. Los largueros soldados para construcción, los bastidores de máquinas, las carrocerías de automóviles, los tubos y las tuberías de todos los tamaños, los recipientes y las latas, todos estos productos se encuentran a nuestro alrededor y son un ejemplo claro de la aplicación de la soldadura para producir productos que son de vital importancia. Sin este proceso la industria tendría que depender quizá de algún proceso mucho más complejo y costoso, es por esto que es de vital importancia que las personas encargadas de ejecutar el proceso sean las calificadas que tengan claro los conocimientos de estos diferentes procesos de soldadura establecer parámetros para conseguir un producto de excelente calidad para que cumpla las especificaciones necesarias y que sea un producto competente en el mercado laboral. Para esto se ha desarrollado el siguiente informe en el cual quedaran contemplados de manera precisa los parámetros que influyen en la soldabilidad. Palabras clave: soldadura, industria, operario, parámetros.

ABSTRACT Welding is a manufacturing process that has many applications, as in many production processes is used based on the union welding plate, sheet metal and machined parts to unite and produce more complex shapes or larger structures. The longitudinal welded construction, the racks of machines, automobile bodies, tubes and pipes of all sizes, containers and cans, all these products are all around us and are a clear example of the application of the welding to produce products that are of vital importance. Without this process the industry would have to rely perhaps a much more complex and costly, which is why it is vital that the people responsible for implementing the process are those notified as having clear knowledge of these different welding processes set parameters to get a high quality product to meet the required specifications and is a competent product in the labor market. Keywords: welding, industry, operator parameters.

Procesos de Manufactura, 9 de Abril de 2013

INTRODUCCIÓN: A medida que las técnicas de unión han ido mejorando a través del tiempo, también lo han hecho el entorno y el modo de vida de los seres humanos. Los materiales, las herramientas y maquinaria avanzaron conforme se desarrollaba la civilización. En los tiempos antiguos se utilizaban otros tipos de adhesivos para unir la madera y la piedra. Sin embargo paso mucho tiempo antes de que los antiguos descubrieran un método para unir metales. Los trabajadores de las edades de bronce y de hierro comenzaron a solucionar los problemas de formar, fundir y alear metales. La soldadura de superficies metálicas fue un problema que desconcertó durante mucho tiempo a los trabajadores de metal de ese periodo. La revolución industrial, de 1750 a 1850, introdujo un método para unir piezas de hierro conocido como soldadura por forja o martillo, la soldadura por forja fue el principal método de soldadura hasta el año 1886. A medida que se fueron desarrollando las técnicas, el remache fue sustituido en estados unidos y en Europa, la soldadura de fusión para reparar los barcos a finales de la primera guerra mundial. En esa época se consideraba la soldadura de vital importancia para la seguridad militar. Concepto de Soldadura: En un sentido amplio y generalizado, la soldadura puede definirse como la realización de una unión entre dos piezas de metal haciendo uso de las fuerzas de cohesión que derivan de un enlace metálico. Todo proceso de soldadura debe esencialmente lograr el acercamiento de las superficies a unir a distancias de orden interatómico con el propósito de crear las condiciones propicias para que se desarrollen las fuerzas de cohesión inherentes a los enlaces metálicos. Si dicha energía es calor, para crear las fuerzas de

cohesión intermolecular, se pueden llegar a fundir los bordes de los metales, los cuales se mezclarán en estado líquido para que durante la solidificación se forme una nueva red cristalina. Generalmente estos procesos necesitan de material que se agrega, en estado líquido, al metal a soldar que se ha fundido. Siempre que haya fusión se forma un cordón de soldadura constituido por el metal base fundido y el metal aportado. (fundamentos de la soldadurapor arco electrico, 2013) Soldadura manual con electrodo revestido (SMAW): De nuevo, el arco se produce entre el alambre o varilla de aporte y las piezas que se van a unir (Fig. 1 8- 1 9a)

Pero ahora la protección es suministrada por un recubrimiento aplicado al exterior del alambre de aporte (electrodo recubierto). El recubrimiento cumple varias funciones: su combustión y descomposición con el calor del arco crea una atmósfera protectora; la fusión del recubrimiento proporciona una cubierta de escoria fundida sobre la soldadura; el contenido de Na o K del recubrimiento se ioniza fácilmente para estabilizar el arco. También se pueden introducir elementos aleantes desde el

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recubrimiento. La elección del electrodo (que también determina la polaridad) es crítica para el éxito. Durante la soldadura, el electrodo se funde a una rapidez de aproximadamente 250 mm/min, mientras que el recubrimiento se funde para formar una escoria que se debe eliminar si se requiere más de una pasada para acumular el espesor completo de la soldadura. SMAW - parámetros de soldeo Para asegurar una soldadura de calidad: Se deben tener en cuenta algunos factores: Posición del electrodo: Tiene una gran influencia sobre el cordón y es particularmente importante en los cordones en ángulo y en determinadas posiciones de soldeo. La posición del electrodo queda definida por dos ángulos: el ángulo de inclinación longitudinal y el ángulo de inclinación lateral. Diámetro del electrodo: En general. se deberá seleccionar el mayor diámetro posible que asegure los requisitos de aporte térmico y que permita su fácil utilización, en función de la posición, el espesor del material y el tipo de unión, que son los parámetros de los que depende la selección del diámetro del electrodo. Por tanto, se deberán emplear: • Electrodos de poco diámetro: En punteados, uniones de piezas de poco espesor, primeras pasadas, soldaduras en posición cornisa, vertical y bajo techo. • Electrodos de mayores diámetros para: Uniones de piezas de espesores medios y gruesos, soldaduras en posición plana y recargues. Intensidad de soldeo: Cada electrodo, en función de su diámetro, posee un rango de intensidades en el que puede utilizarse. En ningún caso se debe

utilizar intensidades por encima de ese rango ya que se producirían mordeduras, proyecciones e incluso grietas. Cuanto mayor sea la intensidad utilizada mayor será la penetración. La intensidad a utilizar depende de la posición de soldeo y del tipo de unión. Longitud del arco: La longitud del arco a utilizar depende del tipo de electrodo, su diámetro, la posición de soldeo y la intensidad. En general, debe ser igual al diámetro del electrodo, excepto cuando se emplee el electrodo de tipo básico, que deberá ser igual a la mitad de su diámetro. Es conveniente mantener siempre la misma longitud del arco con objeto de evitar oscilaciones en la tensión e intensidad de la corriente y con ello una penetración desigual. Un arco demasiado largo perderá direccionalidad e intensidad y el gas del revestimiento no es tan eficaz para la protección del arco y del metal de soldadura, por lo que se puede producir porosidad y contaminación del metal. Velocidad de desplazamiento: La velocidad de desplazamiento durante el soldeo debe ajustarse de tal forma que el arco adelante ligeramente al baño de fusión. Cuanto mayor es la velocidad de desplazamiento menor es la anchura del cordón, menor es el aporte térmico y más rápidamente se enfriará la soldadura. Si la velocidad es excesiva se producen mordeduras, se dificulta la retirada de la escoria y se favorece el atrapamiento de gases produciéndose poros. (13Re) Soldadura con arco metálico y gas (GMAW): El electrodo metálico consumible alimentado por medio de la pistola para soldar, está protegido por un gas inerte, de ahí el viejo

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acrónimo soldadura MIG (metal-gas inerte) (Fig. 18-18c).

corriente baja de fondo mantiene el arco, y la transferencia de metal ocurre cuando los impulsos de la corriente exceden el nivel requerido para la transferencia por rocío. El gas de protección es Ar o una mezcla de él. En una variante, se alimenta alambre en un soplete de plasma (soldadura MIG de plasma). El electrodo de alambre se suministra en longitudes grandes enrolladas que permiten soldaduras continuas en cualquier posición de soldado. La soldadura en el sitio puede ser difícil porque las corrientes de aire soplan el gas protector lejos de la zona de soldadura.

Es adecuada para la mayoría de los metales. Igual que con la GTAW, no se forma escoria y se pueden acumular varias capas con poca o ninguna limpieza intermedia. El argón es un gas adecuado para todos los materiales; algunas veces se prefiere helio. Normalmente, el electrodo se conecta a la terminal positiva (DCEP o polaridad invertida). La densidad de corriente es el determinante principal del modo de transferencia de metal. Para una baja corriente de soldado, ocurre una transferencia por cortocircuito: el electrodo toca la pieza de trabajo, la corriente aumenta, la punta del alambre se funde y se transfiere una gotita. El gas protector es elegido para minimizar la salpicadura a mayores intensidades de corriente (y con CO2 casi siempre) prevalece la transferencia globular: las partículas más grandes que el electrodo caen por gravedad. La gota se debe separar antes que llegue al charco de soldadura y sólo es posible la soldadura horizontal. Por encima de una densidad crítica de corriente, el metal es transferido en un rocío fino (transferencia por rocío) mediante las fuerzas del arco, de ahí que se puedan utilizar todas las posiciones de soldadura. Se obtienen soldaduras más consistentes con el uso de corriente pulsante de soldadura: una

GMAW - parámetros de soldeo Para asegurar una soldadura de calidad: Se deben tener en cuenta algunos factores: Velocidad de desplazamiento: Si se mantienen todos los demás parámetros constantes, cuanto menor sea la velocidad de soldeo mayor será la penetración. Sin embargo, una pistola se puede sobrecalentar si se suelda con intensidad alta y baja velocidad de soldeo. Una velocidad de soldeo alta produciría una soldadura muy irregular. Ángulo de inclinación de la pistola: Cuando se utiliza la técnica de soldeo hacia adelante disminuye la penetración y el cordón se hace más ancho y plano, por lo que se recomienda para el soldeo de pequeños espesores. La máxima penetración se obtiene con el soldeo hacia atrás con un ángulo de desplazamiento de 5º. Para la mayoría de las aplicaciones se utiliza el soldeo hacia atrás. Polaridad: Para la mayoría de las aplicaciones del soldeo MIG/MAG se utiliza la polaridad inversa (CCEP) ya que se obtiene un arco

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estable, con una buena transferencia de metal de aportación, pocas proyecciones, un cordón de soldadura de buenas características y gran penetración. La polaridad directa CCEN casi no se utiliza porque aunque la tasa de deposición es mayor generalmente sólo se consigue transferencia globular. La corriente alterna no se utiliza en el soldeo MIG/MAG ya que el arco se hace inestable y tiende a extinguirse. La tasa de deposición: También está muy relacionada con la intensidad, ya que cuanto mayor es la intensidad más rápidamente se producirá la fusión. Extremo libre del alambre: El extremo libre del alambre es la distancia desde el tubo de contacto hasta el extremo del alambre. Esta variable tiene suma importancia para el soldeo en especial para la protección del baño de fusión. Cuando aumenta el extremo libre del alambre la penetración se hace más débil y aumenta la cantidad de proyecciones, éstas pueden interferir con la salida del gas de protección y pueden provocar porosidad o contaminación excesiva. La mayoría de los fabricantes recomiendan longitudes de 6 a 13 mm para transferencia por cortocircuito, y de 13 a 25 mm para otras transferencias. (13ht) Soldadura de arco con núcleo fundente (FCAW): Básicamente, se obtiene el mismo resultado pero una penetración más profunda con el fundente dentro de un tubo. El alambre para soldar ahora se puede enrollar y es factible la soldadura automática continua. Algunas veces se proporciona una protección adicional con un gas, entonces el proceso se parece a la soldadura con arco metálico y gas.

FCAW - parámetros de soldeo asegurar una soldadura de calidad:

Para

Se deben tener en cuenta algunos factores: Velocidad de desplazamiento: La velocidad de desplazamiento influye en la penetración y el perfil de la franja de soldadura. Si los demás factores permanecen constantes, la penetración a velocidades de recorrido bajas es mayor que a velocidades altas. Si la velocidad de desplazamiento es baja y la corriente es elevada, el metal de soldadura puede sobrecalentarse y producir una soldadura de aspecto áspero que tal vez atrape escoria mecánicamente, o atravesar de lado a lado el metal base. Si la velocidad de desplazamiento es excesiva, la franja de soldadura tiende a ser irregular y acordonada. Ángulo de electrodo: El ángulo de arrastre correcto depende del método de FCAW empleado, del espesor del metal base y de la posición de soldadura. Si se usa el método con autoprotección, los ángulos de arrastre deberán ser de La misma magnitud aproximada que Los empleados con electrodos para soldadura por arco de metal protegido. En Las posiciones plana y horizontal, los ángulos de arrastre variarán entre 20 y 45 grados, aunque se usan ángulos más grandes para soldar secciones delgadas. Al aumentar el espesor del material, el ángulo de arrastre se reduce para incrementar la penetración. Cuando Se suelda verticalmente hacia arriba, el ángulo de arrastre deberá ser de 5 a 10 grados. Con el método de escudo de gas el ángulo de arrastre debe ser pequeño, habitualmente entre 2 y 15 grades, pero nunca de más de 25 grades. Si el ángulo es excesivo, se perderá la efectividad del escudo de gas.

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Al hacer soldaduras de filete en La posición horizontal el charco de soldadura tiende a fluir tanto en la dirección del recorrido como en dirección perpendicular a ella. A fin de contrarrestar el flujo lateral, el electrodo deberá apuntar hacia la placa de abaje cerca de la esquina de La unión. Además de su ángulo de arrastre, el electrodo deberá tener un ángulo de trabajo de 40 a 50° respecto al miembro vertical. Voltaje de arco: El voltaje del arco puede afectar el aspecto, la integridad y las propiedades de las soldaduras hechas con electrodos con núcleo de fundente. Un voltaje de arco excesivo (arco demasiado largo) puede producir demasiadas salpicaduras y franjas de soldadura anchas y de forma irregular. Si se usan electrodos autoprotegidos, un voltaje de arco excesivamente alto hará que se absorba demasiado nitrógeno, y si el electrodo es de acero dulce también puede causar porosidad. En los electrodos de acero inoxidable, el voltaje excesivo reduce el contenido de ferrita del metal de soldadura, y esto a su vez puede causar grietas. Un voltaje de arco insuficiente (arco demasiado corto) produce franjas angostas y convexas con demasiadas salpicaduras y penetración somera. Corriente de Soldadura: La corriente de soldadura es proporcional a la velocidad de alimentación del electrodo para un electrodo con diámetro, composición y extensión específicos. La relación entre la velocidad de alimentación del electrodo y la corriente de soldadura para electrodos típicos de acero dulce protegidos con gas, de acero dulce auto protegidos y de acero inoxidable auto protegidos. Se presenta en las figuras siguientes, respectivamente. Se emplea una fuente de potencia de voltaje constante del tamaño apropiado para fundir el electrodo con una rapidez tal que se

mantenga el voltaje de salida (longitud de arco) preestablecido. Si las demás variables de soldadura se mantienen constantes para un electrodo de cierto diámetro, la modificación de la corriente de soldadura tendrá los siguientes efectos preponderantes: (1) Un incremento en la comente eleva la tasa de deposición del electrodo. (2) Un aumento en La corriente aumenta La penetración. (3) Una corriente excesiva produce franjas de soldadura convexas de aspecto deficiente. (4) Una corriente insuficiente produce transferencia de gota grande y demasiadas salpicaduras. (5) Una corriente insuficiente puede causar una absorción excesiva de nitrógeno y también porosidad del metal de soldadura cuando se suelda con electrodos con núcleo de fundente auto protegidos. Cuando se incrementa o reduce la corriente de soldadura modificando la velocidad de alimentación del electrodo, conviene ajustar el voltaje de salida de la fuente de potencia de modo que se mantenga la relación óptima entre el voltaje de arco y la corriente. (el pequeno gran bolg , 2011) Soldadura de tungsteno con arco eléctrico y gas (GTAW): Como se indicó, el arco se mantiene entre la pieza de trabajo y el electrodo de tungsteno protegido por un gas Inerte (de ahí el antiguo nombre de soldadura de tungsteno con gas inerte o soldadura TIG, Fig. 18-18a).

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tipo de máquina en polaridad directa. El rango de amperaje recomendado para soldadura de CD de acero suave o inoxidable delgado es de 1 a 200 amperes.

La atmósfera protectora es provista por el argón, pero proporciona un arco eléctrico menos caliente y una penetración menos profunda que el helio. Para producir el arco eléctrico, la emisión de electrones y la ionización del gas se inician retirando el electrodo de la superficie de trabajo de manera controlada, o con la ayuda de un arco iniciador. Una corriente de alta frecuencia, superpuesta a la corriente alterna o directa de soldado, ayuda a comenzar el arco y también lo estabiliza. GTAW - parámetros de soldeo Para asegurar una soldadura de calidad: Se deben tener en cuenta algunos factores: Intensidad de corriente: Para aplicar soldadura de arco de tungsteno con gas a materiales como acero inoxidable y acero suave delgado, elija una fuente de poder de CD con capacidades de arranque de arco de alta frecuencia. Una fuente de poder de CD estándar o una máquina basada en inversor darán buenos resultados, pero un inversor ofrece arranques de arco de bajo amperaje confiables y un arco angosto enfocado para reducir la posibilidad de perforación por quemadura. Ponga cualquier

Angulo de antorcha: Un ángulo de antorcha de 5 a 20 grados perpendicular al material base ofrece un buen control visual sobre la velocidad de viaje y mantiene una óptima cobertura del gas de protección y longitud del arco. Sostenga la antorcha aproximadamente a una distancia de 1/8 de pulgada (3.18mm) del material base para mantener un arco enfocado estable. El truco, especialmente con materiales delgados, es mantener la longitud del arco consistente de forma que no vaya de aquí para allá ni se haga dema¬siado ancho, factores que pueden conducir a un calor excesivo y malos resultados de la soldadura. Velocidad de desplazamiento: Una velocidad de viaje estable es muy importante al soldar material delgado; quedarse demasiado en un área puede causar acumulación de calor y aumentar las posibilidades de una perforación por quemadura. Además, creará un cordón ancho de soldadura innecesario. Use la técnica de empuje, moviendo la antorcha para que el pozo de soldadura esté siempre visible y adelante de la antorcha. Una buena regla es mover la antorcha y agregar metal de aportación a un paso que cree una soldadura aproximadamente del doble del tamaño del tungsteno que se esté usando. Esta velocidad de viaje asegurará una buena cobertura del gas de protección para soldaduras de calidad superior en materiales delgados.

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Corriente de Soldadura: puede utiizar corriente continua y alterna , la elección depende del material a soldar. Las intensidades de corriente son del orden de 50 a 500 amperios .con esto se consigue mayor penetración y aumento de la duración del elctrodo , ayuda además por el arco formado por el gas protector lo que nos brinda una penetración profunda y estrecha . Medida del gas protector: El gas protector esta almacenado en tanques de almacenamiento a granel, también puede venir de la red de cañerías a las estaciones de soldar individuales. Debe haber un flujo metro conectado a la salida del gas protector para regular el flujo y debe haber una serie de mangueras usadas para llevar el gas protector al área del arco. Se debe ajustar la medida de flujo de en el flujo metro, generalmente 15 a 20 pies cúbicos / hora, dependiendo del tamaño de la tobera. Si no se usa el control remoto la línea de gas se usa directamente a la pistola, a veces hay una válvula manual ubicada en la pistola para controlar el flujo de gas protector. El flujo metro se puede ajustar cuando se abre la válvula de la línea de gas y la válvula de la pistola. El gas protector se encuentra en cilindros de alta presión y siempre se requiere un regulador para reducir la presión del cilindro a la presión de trabajo. Una vez que la válvula de gas del cilindro este abierta, el proceso para ajustar el flujo metro es la misma. (gutierrez, 2013)

CONCLUSIONES • Es de vital importancia tener los conocimientos necesarios para poder encaminarse en el estudio de la soldadura como un proceso de manufactura aplicado en la industria metalmecánica. • Las personas encargadas de ejecutar los procesos de soldadura deben estar calificadas parea llevar a cabo cada una de las técnicas establecidas, para producir productos de buena calidad. • Para llevar a cabo una buena práctica de soldadura, se debe tener un equipo adecuado para el tipo de proceso de soldadura que se va a realizar ya sea SMAW,GMAW,GTAW,FCAW el cual le debe proporcionar al operador comodidad para llevar a cabo la práctica de soldadura o le permita ejecutar de manera optima la soldadura. • Un aspecto de vital importancia radica en los parámetros que influyen en la soldabilidad, se deben tener muy claros estos parámetros para que el producto sea de buena calidad. • Los parámetros que influyen en la soldabilidad afectan fuertemente la calidad de los productos, se debe ser cuidadoso a la hora de realizar la práctica porque si no se lleva una velocidad de desplazamiento del electrodo que sea adecuada el cordón de soldadura puede quedar defectuoso y esto afecta enormemente la calidad de los productos. • Si no se obtiene un ángulo de inclinación del electrodo adecuado para los diferentes procesos posiblemente el material fundido se va a solidificar con una dirección incorrecta lo que causaría uniones defectuosas entre las piezas de trabajo.

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REFERENCIAS •Ref.: fundamentos de la soldadura por arco eléctrico, 1º edición, pag.5. •Ref.: procesos de manufactura, Jonh A. Schey, 3º edición, cap. 18, pag. 802 •Ref:http://elpequenogranblog.blogspot.com/ 2011/01/smaw-parametros-de-soldeo.html. •Ref:http://elpequenogranblog.blogspot.com/ 2011/01/smaw-parametros-de-soldeo.html. •Ref:http://elpequenogranblog.blogspot.com/ 2011/01/smaw-parametros-de-soldeo.html. •Ref.: procesos de manufactura, Jonh A. Schey, 3º edición, cap. 18, pag. 801. •Ref:http://www.thefabricator.com/article/arcw elding/gtaw-la-delgada-linea. •Ref.: procesos de manufactura, Jonh A. Schey, 3º edición, cap. 18-6-1, pag. 800 •Ref:http://www.monografias.com/trabajos46/ soldadura-por-arco/soldadura-porarco3.shtml •Ref:http://elpequeñogranblog.blogspot.com/s earch/label/MIG%2fmag. •Ref:http://elpequeñogranblog.blogspot.com/s earch/label/MIG%2fmag. •Ref:http://elpequeñogranblog.blogspot.com/s earch/label/MIG%2fmag.

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